利用螺旋采集的MR成像的制作方法

本发明涉及磁共振(mr)成像的领域。其涉及对对象进行mr成像的方法。本发明还涉及mr设备并且涉及要在mr设备上运行的计算机程序。

背景技术：

1、特别是在医学诊断的领域中，当今广泛地使用图像形成mr方法，其利用磁场与核自旋之间的相互作用以形成二维或三维图像，这是因为对于对软组织的成像，它们相对于其他方法在许多方面是有优势的，它们不需要电离辐射并且通常是非侵入性的。

2、根据一般的mr方法，对象，例如要被检查的患者的身体，被布置于强的均匀的磁场中，所述磁场的方向同时定义了测量所基于的坐标系的轴(通常是z轴)。磁场产生取决于磁场强度的针对个体核自旋不同的能级，所述能级可以通过施加具有限定频率(所谓的拉莫尔频率，或mr频率)的电磁交变场(rf场)而被激发(自旋共振)。从宏观的视角，个体核自旋的分布产生总体磁化，其可以通过施加合适的频率的电磁脉冲(rf脉冲)而被偏离出平衡态，使得自旋执行关于z轴的进动。进动描绘锥形的表面，其孔径角被称为翻转角。翻转角的幅值依赖于所施加的电磁脉冲的强度和持续时间。在所谓的90°脉冲的情况下，自旋被从z轴偏转到横向平面(翻转角90°)。

3、在rf脉冲结束后，磁化弛豫回初始的平衡态，其中，z方向的磁化以第一时间常数t1(自旋晶格弛豫或纵向弛豫时间)再次建立，并且在垂直于z方向的磁化以第二时间常数t2(自旋-自旋或横向弛豫时间)弛豫。磁化的变化可以借助于接收rf线圈检测到，其以如下的方式在mr设备的检查体积内被布置和取向：使得磁化的变化在垂直于z轴的方向被测量。横向磁化的衰减伴随有，例如，在施加90°脉冲之后，核自旋(由磁场不均匀性引起的)从具有相同相位的有序状态到所有相位角均匀地分布的状态(失相)的转变。所述失相可以例如借助于重新聚焦脉冲(例如，180°脉冲)来补偿。这在接收线圈中产生回波信号(自旋回波)。

4、为实现身体中的空间分辨，沿着主轴延伸的磁场梯度被叠加到均匀磁场上，造成自旋共振频率的线性空间依赖性。在所述接收天线中拾取的信号则包括不同频率的分量，所述分量可以与所述身体/对象中的不同位置相关联。经由所述接收线圈获得的信号数据对应于空间频率域，并且被称作k空间数据。k空间数据的集合借助于图像重建算法而被转换成mr图像。

5、螺旋成像是一种快速mr成像技术，其受益于有效的k空间覆盖和对运动和流动伪影的低敏感性。螺旋k空间轨迹允许对k空间进行有效且时间灵活的采样，因为需要更短的路径来覆盖期望的k空间区域，并且信号采集可能从k空间的中心开始。然而，螺旋成像技术容易受到主磁场b0的幅值的不均匀性的影响，其引起模糊并降低图像质量。例如，通过对脑的螺旋mr成像获得的图像通常受到来自矢状窦和鼻腔的偏离共振信号贡献的污染。强磁场的不均匀性可能导致真正的螺旋k空间轨迹的形状与理论螺旋形状的偏差如此之大，以至于实际上没有从k空间的特定区域采样可用的信号数据。患者解剖结构引起的磁场不均匀性可能导致局部磁场梯度高达0.5μt/mm。在这种情况下，读出时间约为25ms的传统单激发螺旋成像(在单次rf激励后沿一个螺旋k空间轨迹对整个感兴趣k空间区域进行采样)会导致图像示出无法被通过应用后处理相位校正的已知去模糊方法解决的伪影。众所周知，通过缩短读出时间可以在一定程度上减少模糊伪影，如果需要，结合交错的多激发轨迹以获得足够的k空间覆盖。然而，这显著降低了该方法的效率。

6、美国专利申请us2014/0218028公开了一种自旋回波实现方式，其在k空间中具有恒定径向速度的单个阿基米德螺旋采样轨迹。

技术实现思路

1、根据上述内容容易理解，存在对改进的mr成像技术的需要。本发明的目的是解决上述限制并且即使在强的b0不均匀性的情况下也能够进行具有降低的伪影水平的有效的螺旋mr成像。

2、根据本发明，公开了一种对定位在mr设备的检查体积中的对象进行mr成像方法。所述方法包括：

3、使对象经受包括至少一个rf激励脉冲和调制的磁场梯度的成像序列，

4、沿着两个或更多个平面螺旋k空间轨迹采集mr信号，其中，径向k空间速度，即距螺旋原点的径向距离的变化率，沿着每个平面螺旋k空间轨迹基本恒定，并且其中，所述两个或更多个k空间轨迹在平面内彼此偏移，

5、根据所采集的mr信号来重建mr图像。

6、本发明基于以下认识：由局部b0不均匀性引起的伪影与平面螺旋k空间采集的径向k空间速度有关。伪影出现于以下情况下：存在场不均匀性，组合了采样沿着平面螺旋k空间轨迹从k空间中心向外到其边缘的进展太慢。沿平面螺旋k空间轨迹的采样速度朝向k空间边缘受到限制(由于所用mr设备的梯度硬件的限制)。因此，传统的螺旋采样策略需要随着与k空间原点距离的增加而减慢螺旋的径向速度，以获得足够密集的k空间覆盖(通常采用阿基米德型螺旋轨迹)。本发明提出了替代地沿整个螺旋轨迹应用基本恒定的径向k空间速度。根据本发明，由于沿着轨迹的前进速度没有减慢，所以采样密度朝向k空间周边必然变低。尽管如此，为了确保足够的k空间密度，本发明提出了将扫描分成两个或更多个相互偏移的平面内k空间螺旋。根据本发明，随着k空间采样沿着螺旋轨迹从k空间中心向外快速前进，在不降低该方法的效率的情况下，在主磁场不均匀性存在下的模糊伪影有显著程度的减少。

7、本发明涉及一种对对象进行mr成像的方法，包括沿多个螺旋轨迹对k空间进行采样。在向外采样实现方式中，k空间的采样是沿着当前螺旋轨迹完成的，所述当前螺旋轨迹从预定初始k空间位置开始并且继续向外直到当前最终k空间位置，在所述当前最终k空间位置处，径向k空间采样密度低于当前预定阈值。然后，从下一初始k空间位置开始，下一螺旋轨迹在当前最终k空间位置附近开始并且继续向外直到当前最终k空间位置，在所述当前最终k空间位置，径向k空间采样密度低于下一阈值。因此，在连接的多个螺旋轨迹上，径向k空间速度保持在预定当前和下一阈值之上，并且受梯度系统的能力限制。在连续的螺旋轨迹中，径向k空间采样密度不会低于当前和下一预定阈值，因此径向k空间采样密度保持在由阈值和与梯度系统的能力相关联的标称值所限定的范围。通过在与梯度系统的梯度强度和回转能力相关联的标称径向k空间速度以下的窄范围内选择当前和下一阈值，径向k空间采样密度在连接的k空间轨迹上保持基本恒定。第一螺旋轨迹可以从(接近)k空间的原点开始。在实际实现方式中，下一初始k空间位置与当前最终k空间位置重合或者相距一个采样距离。当前预定阈值和下一预定阈值可以相等，使得径向k空间速度的任何剩余变化从一个螺旋轨迹到下一螺旋轨迹是相似的。

8、在向内采样实现方式中，当前螺旋轨迹从起始k空间位置开始并继续向内到当前结束k空间位置。在起始k空间位置处，径向k空间采样密度至少是当前阈值并且径向k空间采样密度在当前结束k空间位置增加到当前上限值。然后，从当前结束k空间位置附近的下一起始k空间位置开始，下一螺旋轨迹朝向下一结束k空间位置而开始。在所述下一k空间起始位置，所述径向k空间采样密度至少是下一阈值并且增加到下一上限值。在实际实现方式中，所述下一起始k空间位置与当前结束k空间位置重合或者相距一个采样距离。所述当前预定上限值和所述下一预定上限值可以相等，使得径向k空间采样密度的任何剩余变化从一个螺旋轨迹到下一螺旋轨迹是相似的。这些上限值实际上可能与梯度系统的能力相关联。

9、沿着螺旋轨迹的k空间采样可以以迭代的方式实现，这在于在下一螺旋轨迹之后穿过另一个下一螺旋轨迹。采用的不同螺旋轨迹越多，径向k空间采样密度在螺旋轨迹的连接上的变化越小，或者在径向k空间采样密度的变化的给定(窄)范围内采样的k空间区域越大。

10、根据采集的磁共振信号可以重建磁共振图像。该重建可以作为安装在磁共振检查系统主机上的软件中的重建模块来实施。替代地，可以远程完成重建，例如，在云中在地点和时间上与磁共振检查系统和mr信号的采集分开。也就是说，本发明可以包括安排磁共振图像从通过沿螺旋轨迹对k空间采样采集的磁共振信号重建。

11、在优选的实施例中，在单个rf激励脉冲之后沿着两个或更多个平面螺旋k空间轨迹采集mr信号。这对应于本发明方法的单激发实施方式。两个或更多个平面螺旋k空间轨迹在单次rf激励之后立即接连采集。因此，就扫描效率而言，本发明的方法与传统的单次螺旋成像方法相同。

12、在另一优选实施例中，两个或更多个平面螺旋k-空间轨迹的原点(即它们在k-空间中的相应起点)在平面内彼此偏移。为了获得所需的足够密集的k空间覆盖，可以采用两个或更多个螺旋轨迹的不同起点。平面内偏移原点导致两个或更多个螺旋轨迹在k空间中交错，使得一个轨迹的采样间隙由另一轨迹填充。

13、在又一个可能的实施例中，两个或更多个平面螺旋k空间轨迹围绕它们的螺旋轴相对于彼此旋转。这也实现了具有足够密集的k空间覆盖范围的一组交错的平面螺旋k空间轨迹。

14、根据另一实施例，平面螺旋k空间轨迹中的至少一个平面螺旋k空间轨迹从k空间原点在平面内偏移。只要两个或更多个k空间轨迹中的一个k空间轨迹从k空间原点开始就足够了。可以自由选择其他螺旋轨迹的起点，以优化k空间外围的采样密度。

15、在本发明的方法的一个实施例中，平面螺旋k空间轨迹的卷绕之间的距离(在径向方向上)随着与螺旋原点的距离的增加而增加。这是螺旋k采样的恒定径向速度与不可避免的梯度限制相组合的结果。因此，根据本发明采用的螺旋轨迹通常不是阿基米德类型的。

16、根据又一优选的实施例，通过比较沿不同平面螺旋k空间轨迹采集的mr信号来导出b0图。mr图像可以从每个单独的平面螺旋k空间轨迹(理想情况下限于具有足够采样密度的中心空间区域)的mr信号重建。b0图可以通过比较重建图像的不同相位来导出。然后可以通过基于导出的b0图校正b0不均匀性来重建最终mr图像。以类似的方式，可以处理t2*效应。沿着不同螺旋轨迹的mr信号将不同地受到t2*弛豫的影响。t2*可以通过比较不同螺旋轨迹的mr信号来确定，并且然后可以用来相应地校正mr信号。

17、在本发明的意义内，平面螺旋k空间轨迹被定义为以连续增加或减小的距离绕原点旋转的曲线。该定义涵盖(尤其是)三维k空间中的螺旋，例如圆锥形螺旋，其围绕轴缠绕，以及平面中的曲线，其绕固定的中心点以距中心点连续递增(向外螺旋)或递减(向内螺旋)的距离缠绕，即二维k空间中的螺旋，其中，所述中心点构成了螺旋的原点，即，螺旋的开始和相应结束点。

18、例如，在相应的rf激励脉冲的辐射之后，由于自由感应衰减(fid)，可以采集mr信号。mr信号也可以被采集为自旋回波或梯度回波信号。

19、目前为止描述的本发明的方法可以借助于mr设备来执行，所述mr设备包括：至少一个主磁体线圈，其用于在检查体积内生成均匀的静态磁场；多个梯度线圈，其用于在检查体积内的不同空间方向上生成切换的磁场梯度；至少一个rf线圈，其用于在检查体积内生成rf脉冲和/或用于接收来自定位于检查体积内的患者的身体的mr信号；控制单元，其用于控制rf脉冲的时间序列和切换的磁场场梯度；以及重建单元，其用于根据接收到的mr信号来重建mr图像。本发明的方法例如可以通过对重建单元的对应的编程和/或mr设备的控制单元来实现。

20、本发明的方法可以有利地在临床中当前使用的多数mr设备中实施。为此，仅需要使用控制mr设备的计算机程序，使得其执行本发明的以上解释的方法。所述计算机程序可以存在于数据载体上或者可以存在于数据网络上，使得能够被下载以安装在mr设备的控制单元中。